Didattica e laboratorio di Misure Elettroniche e strumentazione Prof. S. Graziani DIEEI TFA A034...

Didattica e laboratorio di Misure Elettroniche e strumentazione

Prof. S. Graziani

DIEEI

TFA A034 Elettronica 2012-2013

IntroduzioneScopo del corso è la definizione dei concetti necessari alla corretta somministrazione dei concetti fondamentali di Metrologia, Metodi e Strumenti di Misura per la classe concorsuale A034 – Elettronica (non si tratta dell’unica classe in cui vengono impartiti concetti tipici delle misure elettroniche).

Per la classe in esame non esiste un corso, nell’ordinamento attuale, dedicato alle misure.

Concetti tipici delle Misure Elettroniche vengono impartiti nei corsi di Elettronica (convertitori AD e DA) e di Sistemi (sensori e trasduttori).

Occorrerà impartire insieme agli argomenti specifici le nozioni tipiche della metrologia (misura e misurazione, incertezza di misura, diagramma di taratura, etc.)

Programma

Il corso consiste in 10 lezioni. Affronteremo la didattica dei seguenti argomenti:

• La terminologia ‘ufficiale’ delle misure (norma UNI 4546) e l’incertezza di misura (GUM);

• Convertitori AD e DA;• Sensori e trasduttori.

NB: nel caso della GUM procederemo anche ad affrontare gli aspetti innovativi del tema dell’incertezza di misura.

Metodologia

Ciascun argomento sarà svolto in 3 lezioni, una di coordinamento e due di sviluppo della lezione tipo.La lezione tipo sarà sviluppata da gruppi di lavoro di (xxx) persone in un tempo stabilito

Metodologia

La lezione di coordinamento servirà a definire:

• Argomento della lezione;• Obiettivo della lezione;• Prerequisiti culturali;• Ausili didattici allo svolgimento

della lezione;• Impostazione della lezione e dei

punti meritevoli di attenzione.

La lezione tipo sarà sviluppata da gruppi di lavoro di (xxx) persone che dovranno risolvere in maniera autonoma il tema proposto. Seguirà una discussione collegiale.

Norna UNI 4546

• Argomento: Non si tratta di un argomento da affrontare in una lezione ma di un’attitudine al linguaggio delle misure che occorre trasferire.

• Obiettivo: Condivisione dei termini e dei concetti base della metrologia;

• Prerequisiti culturali: Il Sistema Interazionale di Misura, assi cartesiani e grafici cartesiani di semplici funzioni;

• Ausili didattici allo svolgimento della lezione: SW per il tracciamento di grafici, data sheet di strumenti di largo uso.

Norna UNI 4546

Misurare significa ‘osservare’ un fenomeno per trarre conclusioni sui fenomeni reali e ottenere un’informazione non soggettiva sullo stato del processo

Norna UNI 4546

L’esempio: Si vuole studiare il segnale prodotto da un circuito per la generazione del clock di un sistema digitale….

…purtroppo il segnale reale si discosterà sotto una innumerevole serie di aspetti da quello ideale…..

Norna UNI 4546

Grandezza

• Specie di una grandezza

• Unità di misura

• Sistema (e un paio di esempi)

• Modello (e un paio di esempi)

• Segnale (cosa ho scoperto io)

• Interazione

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Misura

Fascia di valore

Valore di misura

Incertezza

}

Misura di ……….

Il parametro viene rappresentato dall’intera fascia compresa tra ……………., che costituisce la misura ………: l’unità di misura è ……….., ………… è l’elemento centrale della fascia; ………….. è l’incertezza.

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Misurazione

• Sistema misurato

• Misurando

• Segnale di misura

• Interazione di misurazione

• Grandezza d’influenza

Sistema misurato

Misurando

Segnale di misura

Grandezza d’influenza

Norna UNI 4546

Misurazione

• Metodo di misurazione

Metodo di misurazione diretto

Metodo di misurazione indiretto

• Esempio A……

• Esempio B……

1 1 3

Dispositivo per misurazione e/o regolazione

• Campione materiale

• Strumento (per misurazione)

• Trasduttore o convertitore

• Catena o complesso per misurazione o regolazione

• Apparecchiatura per misurazione e/o regolazione

• Sistema o impianto per misurazione e/o regolazione

Norna UNI 4546

Lettura: stimoliamo la classe!

Norna UNI 4546

Norna UNI 4546


Lettura: la soluzione!

Norna UNI 4546

• Segnale di lettura

• Formato d’uscita

……….

……….

Lettura: i formati

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Caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione e/o regolazione

Dati riguardanti le relazioni tra letture effettuate con un dispositivo per misurazione e le misure dei parametri con i quali esso interagisce

La classe è in grado di leggere un diagramma x-y? Esempi per riconoscere la differenza tra un grafico nel tempo e un diagramma x-y (retta, esponenziale….)

Diagramma di taratura

Asse delle letture

L

MCurva di taratura

Vi

D Li Li

DMi

Is

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Parte I (introduzione)

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Decidiamo di misurare una temperatura con un termocoppia di tipo J. Il costruttore ci fornirà un tipico diagramma di taratura…..

Oppure????Che caratteristiche potremmo far vedere da un diagramma di taratura?

Diagramma di taratura

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• Incertezza strumentaleSebbene, in linea di principio, l’andamento della fascia d’incertezza, così come la curva caratteristica, possa assumere qualsiasi andamento…

Esistono dei modelli di espressione di variazione dell’incertezza col misurando che vengono utilizzati comunemente.


Parte I (introduzione)Norna UNI 4546

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• Incertezza strumentaleModello a valore assoluto costante

Il valore dell’incertezza non dipende dal valore del misurando e si mantiene costante, qualsiasi sia il valore di quest’ultimo



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• Incertezza strumentaleModello a valore assoluto costante

Il modello a valore assoluto costante è difficile da rispettare, per valori elevati del misurando….



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• Incertezza strumentaleModello a valore relativo costante

Il questo caso si ricorre al modello a valore relativo costante: la fascia dei valori accettabili si allarga proporzionalmente al valore del misurando



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• Incertezza strumentaleSi tratta quindi di un valore di incertezza che cresce col misurando

Mettiamo qui un grafico……

Il modello a valore relativo costante è difficile da rispettare, per valori piccoli del misurando….



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• Incertezza strumentaleSi ricorre allora ad un modello dell’incertezza di tipo misto



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Cerchiamo in classe cosa si trova????

……

……


Caratteristiche metrologiche di un dispositivo per misurazione e/o regolazione • Sensibilità

• Risoluzione

• Ripetibilità

Inverso della pendenza della curva di taratura in un suo punto. La costante di taratura è il suo inverso.

Attitudine di un dispositivo a risolvere stati diversi del misurando durante la misurazione. La risoluzione non va confusa con la sensibilità e non è ad essa legata!

Attitudine di uno strumento a fornire valori di lettura poco diffrenti tra loro, in letture consecutive eseguite sullo stesso misurando, dallo stesso operatore, nelle stesse condizioni per le grandezze d’influenza.


• Stabilità

• Isteresi Proprietà di uno strumento di

fornire valori di lettura diversi in corrispondenza di un medesimo misurando quando questo viene fatto variare per valori crescenti e per valori decrescenti.

Attitudine di uno strumento a fornire valori di lettura poco diffrenti tra loro, in letture eseguite sullo stesso misurando, in un intervallo di tempo definito, nelle stesse condizioni per le grandezze d’influenza.



Verifica: portiamo in classe (insieme al personale tecnico?) uno strumento e cerchiamo assieme di individuare tutti gli aspetti che abbiamo introdotto:

• Misurando;

• Unità di misura;

• Portata;

• Campi di funzionamento;

• Caratteristiche metrologiche;

• …….



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